模仿自然界生物結(jié)構(gòu)的金屬打印設(shè)計正突破材料極限。哈佛大學(xué)受海螺殼啟發(fā)，打印出鈦合金多級螺旋結(jié)構(gòu)，裂紋擴展阻力比均質(zhì)材料高50倍，用于抗沖擊無人機起落架。另一案例是蜂窩-泡沫復(fù)合結(jié)構(gòu)——空客A320的3D打印艙門鉸鏈，通過仿生蜂窩設(shè)計實現(xiàn)比強度180MPa·cm3/g，較傳統(tǒng)鍛件減重35%。此類結(jié)構(gòu)依賴超細(xì)粉末（粒徑10-25μm）和高精度激光聚焦（光斑直徑<30μm），目前能實現(xiàn)厘米級零件打印。英國Renishaw公司開發(fā)的五激光同步掃描系統(tǒng)，將大型仿生結(jié)構(gòu)（如風(fēng)力渦輪機主軸承）的打印速度提升4倍，成本降低至$220/kg。

3D打印的鈦合金建筑節(jié)點正提升高層建筑抗震等級。日本清水建設(shè)開發(fā)的X型節(jié)點（Ti-6Al-4V ELI），通過晶格填充與梯度密度設(shè)計，能量吸收能力達傳統(tǒng)鋼節(jié)點的3倍，在模擬阪神地震（震級7.3）測試中，塑性變形量控制在5%以內(nèi)。該結(jié)構(gòu)使用粒徑53-106μm粗粉，通過EBM技術(shù)以0.2mm層厚打印，成本高達$2000/kg，未來需開發(fā)低成本鈦粉回收工藝。迪拜3D打印辦公樓項目中，此類節(jié)點使建筑整體抗震等級從8級提升至9級，但防火涂層（需耐受1200℃）與金屬結(jié)構(gòu)的兼容性仍是難題。江西鈦合金物品鈦合金粉末品牌電弧增材制造（WAAM）技術(shù)利用鈦合金絲材，實現(xiàn)大型航空航天結(jié)構(gòu)件的低成本快速成型。

可拉伸金屬電路需結(jié)合剛?cè)崽匦?，銀-彈性體復(fù)合粉末成為研究熱點。新加坡南洋理工大學(xué)開發(fā)的Ag-PDMS（聚二甲基硅氧烷）核殼粉末（粒徑10-20μm），通過SLS選擇性激光燒結(jié)打印的導(dǎo)線拉伸率可達300%，電阻變化<5%。應(yīng)用案例包括：① 智能手套的3D打印觸覺傳感器，響應(yīng)時間<10ms；② 可穿戴心電監(jiān)測電極，皮膚貼合阻抗低至10Ω·cm2。挑戰(zhàn)在于彈性體組分（PDMS）的耐溫性——激光能量需精確控制在燒結(jié)銀顆粒（熔點961℃）而不碳化彈性體（分解溫度350℃），目前通過脈沖激光（脈寬10ns）將局部溫度梯度維持在10^6 K/m。

鎳基高溫合金（如Inconel 718、Hastelloy X）是航空發(fā)動機渦輪葉片的主要材料。3D打印可制造內(nèi)部冷卻流道等傳統(tǒng)工藝無法實現(xiàn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，使葉片耐溫能力突破1000℃。然而，高溫合金粉末的打印面臨兩大難題：一是打印過程中易產(chǎn)生元素偏析（如Al、Ti的蒸發(fā)），需通過調(diào)整激光功率和掃描速度優(yōu)化熔池穩(wěn)定性；二是后處理需結(jié)合固溶強化和時效處理，以恢復(fù)γ'強化相分布。美國NASA通過EBM（電子束熔化）技術(shù)打印的Inconel 718渦輪盤，抗蠕變性能提升15%，但粉末成本高達$300-500/kg。未來，低成本回收粉末的再利用技術(shù)或成行業(yè)突破口。 鈦合金3D打印技術(shù)正推動個性化假牙制造的發(fā)展。

全固態(tài)電池的3D打印鋰金屬負(fù)極可突破傳統(tǒng)箔材局限。美國Sakuu公司采用納米鋰粉（粒徑<5μm）與固態(tài)電解質(zhì)復(fù)合粉末，通過多噴頭打印形成3D多孔結(jié)構(gòu)，比容量提升至3860mAh/g（理論值90%），且枝晶抑制效果明顯。正極方面，NCM811粉末與碳納米管（CNT）的梯度打印使界面阻抗降低至3Ω·cm2，電池能量密度達450Wh/kg。挑戰(zhàn)在于：① 鋰粉的惰性氣氛控制（氧含量<1ppm）；② 層間固態(tài)電解質(zhì)薄膜打?。ê穸?lt;5μm）；③ 高溫?zé)Y(jié)（200℃）下的尺寸穩(wěn)定性。2025年目標(biāo)實現(xiàn)10Ah級打印電池量產(chǎn)。

金屬粉末的球形度提升技術(shù)是當(dāng)前材料研發(fā)的重點。西藏冶金鈦合金粉末合作

太空探索中，3D打印技術(shù)正從“地球制造”轉(zhuǎn)向“地外資源利用”。NASA的“月球熔爐”計劃提出利用月壤中的鈦鐵礦（FeTiO?）與氫還原技術(shù)，原位提取鈦、鐵等金屬元素，并通過激光燒結(jié)制成結(jié)構(gòu)件。實驗表明，月壤模擬物經(jīng)1600℃熔融后可打印出抗壓強度超20MPa的墻體模塊，密度為地球鋁合金的60%。歐洲航天局（ESA）則開發(fā)了太陽能聚焦系統(tǒng)，直接在月球表面熔化月壤粉末，逐層建造輻射屏蔽層，減少宇航員暴露于宇宙射線的風(fēng)險。但挑戰(zhàn)在于月壤的高硅含量（約45%）導(dǎo)致打印件脆性明顯，需添加2-3%的粘結(jié)劑（如聚乙烯醇）提升韌性。未來，結(jié)合機器人自主采礦與打印的閉環(huán)系統(tǒng)，或使月球基地建設(shè)成本降低70%。